2a-Sistemas materiales. Definición y separación

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SISTEMAS MATERIALES

1-Definición
Un sistema material es una porción de la materia, confinada en una porción de espacio que se ha seleccionado para su estudio, que posee límites reales o imaginarios.
Se diferencia de un objeto físico en que éste tiene unos límites bien definidos, mientras los sistemas materiales no presentan límites tan precisos.

2-Sistema material y la energía que posee.
Se considera un sistema termodinámico cuando se considera la materia y la energía que este posee.
Como todo sistema, el sistema termodinámico puede estar separado del resto del universo por paredes reales o imaginarias. 

Las paredes que no dejan pasar la energía se denominan "adiabáticas" y las que si la dejan pasar son "diatérmicas".

Considerando que estas pueden o no permitir el paso de materia y/o energía de su entorno, se pueden clasificar de acuerdo a su interacción con el medio ambiente en: "aislados" , "cerrados" o "abiertos":

-Sistema aislado: no intercambia ni materia ni energía con los alrededores. Eje. termo, hielera.
-Sistema cerrado: intercambia energía (calor o trabajo) pero no materia. Eje. globo inflado, batería o pila.
-Sistema abierto: intercambia energía y materia con los alrededores. Eje seres vivos.




3-Clasificación de los sistemas materiales (SM)
Se puede clasificar a los SM considerando solamente la materia que éste posee sin tener en cuenta su energía o las paredes del mismo (ya sean  reales o imaginarias) en :

#Homogéneos: Presentan la misma composición química e iguales propiedades en todos sus puntos. Presentan una sola fase que puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso.

#Heterogéneos: No son uniformes, presentan una estructura y una composición diferente en distintos puntos. Esto es, pueden tener 2 o más fases.

#Inhomogéneo: No se puede diferenciar sus fases a simple vista, o a ojo desnudo. Si empleamos lupas o microscopio veremos mas de una fase.





4-Composición y clasificación de cada SM
Cada uno de los sistemas materiales descriptos están a su vez divididos en otros.

#Sistema material homogéneo (1 fase):
-Sustancias puras: Contienen un sólo componente, de composición fijas. Se dividen en:
*Elementos químicos: Contienen un tipo de átomo: Ej. oro, carbono, oxígeno.
*Compuestos químicos: Contienen varios tipos de átomos, Ej: agua, glucosa.

-Mezclas de sustancias o Soluciones . Contienen dos o más sustancias puras, por lo que su composición química y sus propiedades son variables. Estas mezclas homogéneas o disoluciones tienen aspecto homogéneo. Ej: agua salada

#Sistema material Heterogéneo (2 o más fases). 

Son de diferente tipo según el tipo de material, forma y características que los conforman. Estas son mezclas, dispersiones, emulsiones, coloides o suspensiones. 

5-Estado de un sistema material

Los sistemas materiales , ya sean homogéneos, heterogéneo o inhomogéneo, se pueden encontrar en los 3 estados fundamentales de la materia. 

6-Tipo de procesos de separación de los sistemas materiales
Las mezclas o soluciones se pueden separar por métodos físicos de separación: evaporación, destilación, cristalización, etc, para obtener por separado cada una de las fases que los componen
Según de que SM se trate, y si este es homogéneos, heterogéneos o inhomogéneo, se aplican diferentes procesos.


Es importante tener en cuenta que, salvo muy pocas excepciones, en la naturaleza sólo existen mezclas de sustancias. Casi todos los elementos químicos o compuestos químicos se encuentran naturalmente en un estado impuro, tales como una mezcla de dos o más sustancias.
Es así que surge la necesidad de separarlos en sus componentes individuales si deseamos obtener las fases por alguna razón.
Las aplicaciones de separación en el campo de la ingeniería química son muy importantes. Un buen ejemplo es el petróleo. El petróleo crudo es una mezcla de varios hidrocarburos y tiene valor en su forma natural. Sin embargo, la demanda es mayor para varios hidrocarburos purificados, tales como gas natural, nafta, diésel, combustible de aviación, aceites o lubricante, asfalto, etc.
Según el tipo de sistema material podemos clasificar a los procesos de separación en el siguiente esquema. No consideraremos la separaciòn de los SM inhomogèneos.

#Sistemas Homogéneos:
* Por calor  -->1-Destilación
                   -->2-Destilación fraccionada
                   -->3-Evaporación/Secado
* Otros        -->4-Cromatografía
                   -->5-Centrifugación/Ultacentrifugación

#Sistemas Heterogéneos:
* Fza Gravedad   -->6-Filtación
                            -->7-Precipitación/Decantación
                            -->8- Flotación/Lixiviacion
                            -->9-Levigación
                            -->10-Tamización

* Fza especial -->11-Tría
-->12-Separación magnética


#Sistemas Homogéneos:
Los procesos que se utilizan para separar sistemas homogéneos son mas complejos e intervienen aparatos o equipos complicados por que se trata de una sola sustancia que debe convertirse en dos o más.


1-Destilación, usada para mezclas de líquidos termoestables, con diferentes puntos de ebullición. Separa líquidos de líquidos.
Usado para fases L/L



2-Destilación fraccionada. Puede ser simple o fraccionada.
Usado para fases L/L

3-La evaporación.
Es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial del estado líquido y pasar al gaseoso. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta.
Usado para fases L/S, raramente L/L


4-Secado.
Es la eliminación de un líquido, que está en poca cantidad, de un sólido por evaporación vaporización.
Usado para fases L/S,

5-Cromatografía.
Es un método químico de separación para la caracterización de mezclas complejas cuyo objetivo es separar los distintos componentes. por medio de propiedades fisicoquimicas especiales. Tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia; es un conjunto de técnicas basadas en el principio de retención selectiva de unas de las fases, en un compuesto fijo, así se separan los distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y determinar las cantidades de dichos componentes.



5-Centrifugación/Ultacentrifugación .

Es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad por medio de una fuerza giratoria. La fuerza centrífuga es provista por una máquina llamada centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento de rotación que origina una fuerza que produce la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad. Usado para fases L/S, L/L

#Sistemas Heterogéneos:

6-Filtración.
Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en una suspensión a través de un medio mecánico poroso, también llamados cedazo o filtro.
En una suspensión de un líquido mediante un medio poroso, retiene los sólidos mayores del tamaño de la porosidad y permite el paso del líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad. Usado para fases L/S.

7-Cristalización o Precipitación
Es un proceso químico por el cual, a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina (la unidad básica de un cristal) que conlleva a un paso al estado sólido y precipita al fondo del recipiente.
Usado para fases L/L, S/S, L/S.







8-Decantación:
Este es un método físico utilizado para la separación de mezclas, se usa para separar un sólido de un líquido o dos líquidos, uno más denso de otro y que por lo tanto ocupa la parte superior de la mezcla.
Usado en fases L/S. y L/L








9-Flotación:
La flotación es un proceso fisicoquímico que tiene por objetivo la separación de especies minerales mediante la adhesión selectiva de partículas minerales a burbujas de aire. Esto nos lleva al importante concepto llamado flotación, que se trata con el principio de Arquímedes.
Usado en fases S/L.

9-Lixiviación, o extracción sólido-líquido.
Es un proceso en el que un disolvente líquido pasa a través de un sólido pulverizado para que se produzca la disolución de uno o más de los componentes solubles del sólido.​
Usado en fases S/L


9-Levigación :
Levigado es un proceso físico, que consiste en separar las partículas dependiendo de su masa y como consecuencia por su granulometría, es decir, se trata de «desleír en agua» una materia prima granulada o pulverizada hasta conseguir el depósito en el fondo del recipiente de las partículas más pesadas o gruesas. Extraccion del oro.
Usado en fases S/L.

10-Tamización
El tamizado o cribado es un método mecánico para separar dos sólidos formados por partículas de tamaños diferentes. S/S.

11-Tría:

Se basa para su aplicación en el tamaño desiguales que poseen las fases sólidas (aunque puede ser fases S/L).
Consiste en tomar pinzas y quitar las fases sólidas de tamaño adecuado, que están dispersas en otro sólido. Ej.: tiza en arena; corcho flotando en un líquido.
Usado en fases S/S






12-Separación magnética,
Está basado en propiedades magnéticas de las sustancias o materiales que se desean separar. Usado en fases S/S







5-Videos

Sistemas materiales
https://www.youtube.com/watch?v=gHKOdEOiRew

https://www.youtube.com/watch?v=OOPtp7XOO_o


Separación de mezclas
https://www.youtube.com/watch?v=YM9c6yqeVbw

https://www.youtube.com/watch?v=UQO88zoMC9Q